横向力系数测试仪在低等级公路中的应用

王国忠

(山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司),山西 太原 030032)

《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)[1]规定山岭重丘区二级及三级公路在路面交工验收时需检测抗滑性能指标,但《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018)[2]中对二级及以下公路抗滑性能没有检测要求,导致目前低等级公路运营过程中对抗滑性能重视不够。近些年来因抗滑性不足引起的交通事故频发,越来越多的管养单位开始重视低等级公路的抗滑指标衰减,横向力系数测试仪作为检测、评价抗滑性能的重要设备,研究其在低等级公路中的应用有着重要的意义。

1 使用的仪器设备

表征沥青路面抗滑性能的指标主要有构造深度和摩擦系数两种,目前使用较为广泛的为双轮式横向力系数测试系统,该设备可充分模拟下雨天最不利条件下路面行车的安全状况[3-4],可以有效反映路面的抗滑能力,在路面施工质量控制、交竣工验收检测、运营公路检测及评价中发挥着不可替代的作用。

虽然横向力系数测试系统在国内得到广泛的应用,但在低等级公路中的应用实践较少[5]。实际使用过程中受公路等级、测试方向、横向测试位置影响较大[6],轮迹带横向力系数与横断面其余部位有着明显的区别。随着车辙深度的增加,车辆横向力分布更加集中[7],测试过程中难以使测试轮始终处于轮迹带,导致检测结果与实际产生较大的偏差,为能够客观反映路面实际抗滑性能,研究在低等级公路抗滑性能检测中采用MK6双轮式测试系统有着重要的意义。

双轮式横向力系数测试仪每5 m采集一点,输出结果为Mu-meter测值,通过换算关系得到横向力系数SFC=82.54×Mu-meter值+5.85。

2 试验方法

分别选取通车年限分别为2、3、5、7年的4车道低等级公路各一条(分别为三井互通连接线、G339小算沟至马坊段公路、G209岚县至方山段公路、喂马至平松段连接线),都选取典型路段长度300 m,实测各车道车辙深度,将行车方向靠近中分带的车道定义为超车道,外侧车道定义为行车道,统计有效宽度、有效宽度位置。有效宽度定义为横向特定区间车辆通过的频率达到某一数值,通过国内外文献检索分析,选择车辆经过频率为70%的特定区间[8],将标线内侧定义为刻度0点;有效宽度位置定义为有效宽度左侧距离刻度0点的距离。

选取典型断面在车道全断面上喷涂刻度标识车辆通过的位置,车辆轮胎外侧通过刻度的位置定义为通过位置(横向位置),超车道、行车道分别从0刻度喷涂,刻度间隔为5 cm,喷涂时刻度板对准标线内侧,分别用两台摄像机记录车辆通过位置及车辆全貌。

采用三米直尺每隔10 m现场实测标记断面前后100 m的车辙深度,取其平均值作为车辙深度的代表值。在室内人工回放车辆摄像记录,统计分析车辆通过位置并计算有效宽度及有效宽度位置。

根据确定的有效宽度及位置,每间隔10 cm实测横向力系数,试验区间为有效宽度区间及左右各20 cm,左侧测试轮横向位置对齐,检测起点为所选段落前100 m,检测车辆静止于起点,左侧测试轮对齐起点,待听到开始口令后牵引车启动,在100 m范围内提速至50 km/h,保持车速直至检测段落结束,为了保证检测数据的有效性,到达终点后多行走50 m左右。

3 试验结果及数据分析

通过现场实测车辙深度并统计有效宽度,相关数据见表1,超车道、行车道横向分布频率见图1、图2。

图1 低等级公路超车道车辆横向分布频率

图2 低等级公路行车道车辆横向分布频率

表1 低等级公路车辙深度与有效宽度

由图3～图6可知,随着通车年限的增加,低等级公路车辙呈增加趋势,超车道车辙深度变化较行车道增加幅度较少;随着车辙深度的增加,超车道、行车道有效宽度明显减小,超车道有效宽度减小24.0%,行车道有效宽度减小37.8%,说明随着渠化交通,行车更加集中;随着车辙深度的增加超车道有效宽度位置有明显的变化,为避免行人穿越中分带,车辆靠右行驶,超车道有效宽度位置右移;在右侧复杂交通的影响下行车道有效宽度位置明显左移。

图3 低等级公路车辙深度与通车年限关系

图4 低等级公路车道有效宽度与车辙深度的关系

图5 低等级公路车道有效宽度位置与车辙深度的关系

双轮式横向力系数测试仪因无法同时采集两条轮迹带数据,所以对于不同通车年限的公路如何合理选择测试位置至关重要,在数据处理时选取100～400 m范围内的数据作为有效数据,计算该路段代表值,每段各测5次,将第2、3、4次代表值的平均值作为该段路的横向力系数,试验结果见表2、表3。

表2 低等级公路超车道MK6系统检测结果

表3 低等级公路行车道MK6系统检测结果比较

由此可知,MK6双轮式横向力系数测试仪在对低等级公路进行抗滑性能检测时,测试轮位置与检测结果有着很大的关系,当测试轮处于有效宽度区间内10 cm时,检测结果变异性较小,表4给出低等级公路测试过程中超车道、行车道典型测试位置及有效宽度的数据。

表4 低等级公路典型测试位置及车道有效宽度

4 结 论

(1)随着车辙深度的增加车道有效宽度减小,超车道有效宽度减小24.0%,行车道有效宽度减小37.8%。

(2)随着车辙深度的增加超车道有效宽度位置有明显的变化,为避免行人穿越中分带,车辆靠右行驶,超车道有效宽度位置右移;在右侧复杂交通的影响下行车道有效宽度位置明显左移。

(3)MK6双轮式横向力系数测试仪在进行抗滑性能检测时,测试轮位置与检测结果有着很大的关系,当测试轮位置处于车道有效宽度区间内10 cm时,检测结果变异性较小。